脈沖波形的產(chǎn)生和整形

第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形§10.2施密特觸發(fā)器§10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器§10.4多諧振蕩器§10.1概述§10.5555定時(shí)器及其應(yīng)用§10.1概述常見(jiàn)的脈沖波形數(shù)字電路中用得最多的是矩形波?！?0.1概述獲得矩形脈沖波形的方法主要有兩種：1．利用多諧振蕩器電路直接產(chǎn)生所需的矩形脈沖；2．通過(guò)整形電路對(duì)已有的波形進(jìn)行整形、變換，使之變換成符合要求的矩形脈沖。圖矩形脈沖特性的主要參數(shù)

周期性矩形脈沖的周期用T表示，有時(shí)也用頻率f表示（f=1/T）。矩形脈沖的另外幾個(gè)主要參數(shù)：（1）脈沖幅度Vm（2）脈沖寬度tw

（3）上升時(shí)間tr

（4）下降時(shí)間tf

（5）占空比q=tw/T

。通常q用百分比表示。如果q=50%，則稱為對(duì)稱方波。第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形§10.2施密特觸發(fā)器§10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器§10.4多諧振蕩器§10.1概述§10.5555定時(shí)器及其應(yīng)用§10.2施密特觸發(fā)器主要用途：把邊沿變化緩慢的信號(hào)波形變換為邊沿陡峭的矩形波。特點(diǎn)：⑴電路有兩種穩(wěn)定狀態(tài)。兩種穩(wěn)定狀態(tài)的維持和轉(zhuǎn)換完全取決于外加觸發(fā)信號(hào)。⑵電壓傳輸特性特殊，電路有兩個(gè)閾值電壓（正向閾值電壓VT+和負(fù)向閾值電壓VT－）。⑶狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時(shí)有正反饋過(guò)程，從而輸出邊沿陡峭的矩形脈沖。用門電路構(gòu)成的施密特觸發(fā)器電路組成：

兩個(gè)CMOS反相器，兩個(gè)分壓電阻。

圖用CMOS反相器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路（b）邏輯符號(hào)電路電壓傳輸特性圖施密特觸發(fā)器的電壓傳輸特性（a）同相輸出（b）反相輸出回差電壓ΔVT=VT+－VT－（通常VT+＞VT－），改變R1和R2的大小可以改變回差ΔVT

。一.用于波形變換將變化緩慢的波形變換成矩形波（如將三角波或正弦波變換成同周期的矩形波）。施密特觸發(fā)器的應(yīng)用二.用于脈沖整形

在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變，或者邊沿產(chǎn)生振蕩等。通過(guò)施密特觸發(fā)器整形，可以獲得比較理想的矩形脈沖波形。波形畸變邊沿振蕩三．用于脈沖鑒幅

將一系列幅度各異的脈沖信號(hào)加到施密特觸發(fā)器的輸入端，只有那些幅度大于VT+的脈沖才會(huì)在輸出端產(chǎn)生輸出信號(hào)?？梢?jiàn)，施密特觸發(fā)器具有脈沖鑒幅能力。第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形§10.2施密特觸發(fā)器§10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器§10.4多諧振蕩器§10.1概述§10.5555定時(shí)器及其應(yīng)用工作特點(diǎn)：第一，它有穩(wěn)態(tài)和暫穩(wěn)態(tài)兩個(gè)不同的工作狀態(tài)；第二，在外加脈沖作用下，觸發(fā)器能從穩(wěn)態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)；第三，在暫穩(wěn)態(tài)維持一段時(shí)間后，將自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)維持時(shí)間的長(zhǎng)短取決于電路本身的參數(shù)，與外加觸發(fā)信號(hào)無(wú)關(guān)?！?0.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的應(yīng)用1.脈沖延時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的主要應(yīng)用是整形、定時(shí)和延時(shí)。圖單穩(wěn)電路的延時(shí)作用

如果需要延遲脈沖的觸發(fā)時(shí)間，可利用單穩(wěn)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。uO的下降沿比uI的下降沿延遲了tw的時(shí)間。2.脈沖定時(shí)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能夠產(chǎn)生一定寬度tw的矩形脈沖，利用這個(gè)脈沖去控制某一電路，則可使它在tw時(shí)間內(nèi)動(dòng)作(或者不動(dòng)作)。圖脈沖定時(shí)第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形§10.2施密特觸發(fā)器§10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器§10.4多諧振蕩器§10.1概述§10.5555定時(shí)器及其應(yīng)用1．多諧振蕩器沒(méi)有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)2．通過(guò)電容的充電和放電，使兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)相互交替，從而產(chǎn)生自激振蕩，無(wú)需外觸發(fā)。3．輸出周期性的矩形脈沖信號(hào)，由于含有豐富的諧波分量，故稱作多諧振蕩器?！?0.4多諧振蕩器（自激振蕩，不需要外加觸發(fā)信號(hào)）用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧振蕩器1、組成UIUO2、工作原理接通VCC瞬間，C中無(wú)電荷，所以：1）UC=0→

3、電壓波形2）UO=1→C充電→UI，3）UO=0→C放電→UI，tUOtUI00VT+VT-T1T2T1RC+UI=VT+→UO=0UI=VT-→UO=1UI=0→UO=1電路改進(jìn)占空比可調(diào)電路如圖：1CUIUOR2R1+充電經(jīng)過(guò)R2，放電經(jīng)過(guò)R1，T1=R2Cln————VDD-VT-VDD-VT+T2=R1Cln——VT+VT-q=T1/TT=T1+T2調(diào)節(jié)R1或R2，即可調(diào)節(jié)q石英晶體多諧振蕩器

前面介紹的多諧振蕩器的一個(gè)共同特點(diǎn)就是振蕩頻率不穩(wěn)定,容易受溫度、電源電壓波動(dòng)和RC參數(shù)誤差的影響。而在數(shù)字系統(tǒng)中，矩形脈沖信號(hào)常用作時(shí)鐘信號(hào)來(lái)控制和協(xié)調(diào)整個(gè)系統(tǒng)的工作。因此，控制信號(hào)頻率不穩(wěn)定會(huì)直接影響到系統(tǒng)的工作，顯然，前面討論的多諧振蕩器是不能滿足要求的，必須采用頻率穩(wěn)定度很高的石英晶體多諧振蕩器。目前，家用電子鐘幾乎都采用具有石英晶體振蕩器的矩形波發(fā)生器。由于它的頻率穩(wěn)定度很高，所以走時(shí)很準(zhǔn)。石英晶體的阻抗頻率特性圖

石英晶體具有很好的選頻特性。當(dāng)振蕩信號(hào)的頻率和石英晶體的固有諧振頻率fo相同時(shí)，石英晶體呈現(xiàn)很低的阻抗，信號(hào)很容易通過(guò)，而其它頻率的信號(hào)則被衰減掉。因此，將石英晶體串接在多諧振蕩器的回路中就可組成石英晶體振蕩器，這時(shí)，振蕩頻率只取決于石英晶體的固有諧振頻率fo，而與RC無(wú)關(guān)。圖石英晶體振蕩器電路

在對(duì)稱式多諧振蕩器的基礎(chǔ)上，串接一塊石英晶體，就可以構(gòu)成一個(gè)石英晶體振蕩器電路。該電路將產(chǎn)生穩(wěn)定度極高的矩形脈沖，其振蕩頻率由石英晶體的串聯(lián)諧振頻率fo決定。

第十章脈沖波形的產(chǎn)生和整形§10.2施密特觸發(fā)器§10.3單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器§10.4多諧振蕩器§10.1概述§10.5555定時(shí)器及其應(yīng)用為數(shù)字—模擬混合集成電路。可產(chǎn)生精確的時(shí)間延遲和振蕩，內(nèi)部有3個(gè)5KΩ的電阻分壓器，故稱555。在波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器、電子玩具等許多領(lǐng)域中都得到了應(yīng)用?！?0.5555定時(shí)器及其應(yīng)用

各公司生產(chǎn)的555定時(shí)器的邏輯功能與外引線排列都完全相同。

雙極型產(chǎn)品CMOS產(chǎn)品單555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5557555雙555型號(hào)的最后幾位數(shù)碼5567556優(yōu)點(diǎn)驅(qū)動(dòng)能力較大低功耗、高輸入阻抗電源電壓工作范圍5~16V3~18V負(fù)載電流可達(dá)200mA可達(dá)4mA6.5.1555定時(shí)器1.電路組成圖555定時(shí)器(a)原理圖(b)外引線排列圖電阻分壓器電壓比較器基本RS觸發(fā)器放電管T緩沖器（1）

電阻分壓器由3個(gè)5kΩ的電阻R組成，為電壓比較器C1和C2提供基準(zhǔn)電壓。（2）

電壓比較器

C1和C2。當(dāng)U＋＞U－時(shí)，

UC輸出高電平，反之則輸出低電平。

CO為控制電壓輸入端。當(dāng)CO懸空時(shí)，UR1＝2/3VCC，UR2＝1/3VCC。當(dāng)CO＝UCO時(shí)，UR1＝UCO，UR2＝1/2UCO

TH稱為閾值端，TR稱為觸發(fā)端。（3）

基本RS觸發(fā)器其置0和置1端為低電平有效觸發(fā)。

R是低電平有效的復(fù)位輸入端。正常工作時(shí)，必須使R處于高電平。（4）

放電管TT是集電極開(kāi)路的三極管。相當(dāng)于一個(gè)受控電子開(kāi)關(guān)。輸出為0時(shí)，T導(dǎo)通，輸出為1時(shí)，T截止。（5）緩沖器緩沖器由G3和G4構(gòu)成，用于提高電路的負(fù)載能力。

2.工作原理表555定時(shí)器的功能表輸入輸出0××11110導(dǎo)通0導(dǎo)通不變不變1截止1截止UI1UI26.5.2

555定時(shí)器的應(yīng)用舉例1.構(gòu)成施密特觸發(fā)器思考：施密特觸發(fā)器的特點(diǎn)？回差特性：上升過(guò)程和下降過(guò)程有不同的閾值電壓UT＋和UT－。

如何與555定時(shí)器發(fā)生聯(lián)系？

內(nèi)部比較器有兩個(gè)不同的基準(zhǔn)電壓UR1和UR2。1.構(gòu)成施密特觸發(fā)器圖555定時(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（a）電路（b）工作波形如果在UCO加上控制電壓，則可以改變電路的UT+和UT－。CO1.構(gòu)成施密特觸發(fā)器VIV6V2VO23VCC<>23VCC>13VCC13VCC<23VCC<≥23VCC010≤13VCC13VCC<1工作原理VT+=23VCCVT-=13VCCΔVT=13VCC回差電壓：如果參考電壓由外接電壓VCO供給，則：VT+=VCOVT-=12VCOΔVT=12VCO回差電壓：圖555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器（a）電路（b）工作波形振蕩器輸出脈沖uO的工作周期為：T≈0.7(R1+2R2)C，輸出脈沖占空比q=(R1+R2)

/(R1+2R2)3.構(gòu)成多諧振蕩器設(shè)計(jì)思想：是無(wú)穩(wěn)態(tài)電路，兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)不斷地交替。利用放電管T作為一個(gè)受控電子開(kāi)關(guān)，使電容充電、放電而改變TH=TR，則交替置0、置1。電容C充電τ充=(R1+R2)C電容C放電τ放=R2C振蕩器輸出脈沖占空比q=R1

/(R1+R2)3.構(gòu)成多諧振蕩器占空比可調(diào)的多諧振蕩器利用半導(dǎo)體二極管的單向?qū)щ娞匦?，把電容C充電和放電回路隔離開(kāi)來(lái)，再加上一個(gè)電位器，便可構(gòu)成占空比可調(diào)的多諧振蕩器。

本章介紹了各種產(chǎn)生和變換矩形脈沖的電路。

施密特觸發(fā)器有兩種穩(wěn)態(tài)，但狀態(tài)的維持與翻轉(zhuǎn)受輸入信號(hào)電平的控制，所以輸出脈沖的寬度是由輸入信號(hào)決定的